Ամպլիտուդային մոդուլացիա

Ամպլիտուդային մոդուլյացիան (AM) մոդուլյացիայի տեխնիկա է, որն օգտագործվում է էլեկտրոնային հաղորդակցության մեջ, առավել հաճախ ռադիոալիքով հաղորդագրություններ փոխանցելու համար։ Ամպլիտուդային մոդուլյացիայի ժամանակ կրող ալիքի ամպլիտուդը (ազդանշանի ուժը) փոփոխվում է հաղորդագրության ազդանշանի համամասնությամբ, ինչպես օրինակ աուդիո ազդանշանը։ Այս տեխնիկան հակադրվում է անկյունային մոդուլյացիայի հետ, որի դեպքում կամ կրող ալիքի հաճախությունը փոփոխական է, ինչպես հաճախության մոդուլյացիայի դեպքում, կամ դրա փուլը, ինչպես փուլային մոդուլյացիայի դեպքում։

AM-ը մոդուլյացիայի ամենավաղ մեթոդն էր, որն օգտագործվում էր ռադիոհեռարձակման մեջ աուդիո փոխանցման համար։ Այն զարգացել է 20-րդ դարի առաջին քառորդում, սկսած Ռոբերտո Լանդել դե Մոուրայի և Ռեջինալդ Ֆեսենդենի ռադիոհեռախոսային փորձերից 1900 թվականին։ AM-ի այս բնօրինակ ձևը երբեմն կոչվում է կրկնակի կողային ամպլիտուդի մոդուլյացիա (DSBAM), քանի որ ստանդարտ մեթոդն արտադրում է կողային ժապավեններ այլ կրող հաճախության կողմը։ Միակողմանի մոդուլյացիան օգտագործում է անցանցային ֆիլտրեր՝ վերացնելու կողային ժապավեններից մեկը և, հնարավոր է, կրիչի ազդանշանը, ինչը բարելավում է հաղորդագրության հզորության հարաբերակցությունը փոխանցման ընդհանուր հզորությանը, նվազեցնում է գծի կրկնողների էներգիայի բեռնաթափման պահանջները և թույլ է տալիս ավելի լավ օգտագործել փոխանցման միջավայրի թողունակությունը։

AM-ը շարունակում է օգտագործվել հաղորդակցության բազմաթիվ ձևերում՝ ի լրումն AM հեռարձակման՝ կարճ ալիքների ռադիո, սիրողական ռադիո, երկկողմանի ռադիո, VHF օդանավերի ռադիո, քաղաքացիների ռադիոհաղորդիչ, և համակարգչային մոդեմներում՝ QAM-ի տեսքով։

Տեսակները

Էլեկտրոնիկայի և հեռահաղորդակցության մեջ մոդուլյացիան նշանակում է շարունակական կրող ալիքի ազդանշանի որոշ ասպեկտների փոփոխում՝ տեղեկատվական կրող մոդուլյացիայի ալիքի ձևով, ինչպիսին է ձայնային ազդանշանը, որը ներկայացնում է ձայնային կամ վիդեո ազդանշանը, ինչը ներկայացնում է պատկերներ։ Այս առումով կրող ալիքը, որն ունի շատ ավելի բարձր հաճախություն, քան հաղորդագրության ազդանշանը, կրում է տեղեկատվությունը։ Ընդունող կայանում հաղորդագրության ազդանշանը արդյունահանվում է մոդուլացված կրիչից դեմոդուլյացիայի միջոցով։

Ամպլիտուդային մոդուլյացիայի դեպքում կրիչի տատանումների ամպլիտուդը կամ ուժը փոփոխական է։ Օրինակ, AM ռադիոհաղորդակցության մեջ շարունակական ալիքի ռադիոհաճախականության ազդանշանը (սինուսոիդային կրող ալիք) ունի իր ամպլիտուդը մոդուլավորված աուդիո ալիքի ձևով մինչև փոխանցումը։ Ձայնային ալիքի ձևը փոփոխում է կրիչի ալիքի ամպլիտուդը և որոշում ալիքի ձևը։ Հաճախության տիրույթում ամպլիտուդային մոդուլյացիան արտադրում է ազդանշան, որի հզորությունը կենտրոնացված է կրիչի հաճախության և երկու հարակից կողային գոտիների վրա։ Յուրաքանչյուր կողային գոտի իր թողունակությամբ հավասար է մոդուլացնող ազդանշանի թողունակությանը և մյուսի հայելային պատկերն է։ Ստանդարտ AM-ը, հետևաբար, երբեմն կոչվում է «երկկողմանի ամպլիտուդի մոդուլյացիա» (DSBAM)։

Բոլոր ամպլիտուդային մոդուլյացիայի տեխնիկաների՝ ոչ միայն ստանդարտ AM-ի, թերությունն այն է, որ ստացողը ուժեղացնում և հայտնաբերում է աղմուկը և էլեկտրամագնիսական ինտերֆերենցը ազդանշանին հավասար համամասնությամբ է։ Ստացված ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը, ասենք, 10-ով (10 դեցիբել բարելավում) մեծացնելը, հետևաբար, կպահանջի հաղորդիչի հզորությունը 10-ով ավելացնել։ Սա հակադիր է հաճախության մոդուլյացիային (FM) և թվային ռադիոյին, որտեղ դեմոդուլյացիայից հետո նման աղմուկի ազդեցությունը խիստ կրճատվում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ ստացված ազդանշանը բավականին բարձր է ընդունման շեմից։ Այդ պատճառով AM հեռարձակումը նախընտրելի է ոչ թե երաժշտության և բարձր արտադրության հեռարձակման համար, այլ ավելի շուտ ձայնային հաղորդակցության և հեռարձակման համար (սպորտ, նորություններ, ռադիո ռադիո և այլն)։

AM-ն անարդյունավետ է նաև էլեկտրաէներգիայի օգտագործման հարցում. հզորության առնվազն երկու երրորդը կենտրոնացած է կրիչի ազդանշանում։ Օպերատորի ազդանշանը չի պարունակում փոխանցվող բնօրինակ տեղեկություններից ոչ մեկը (ձայն, տեսանյութ, տվյալներ և այլն)։ Այնուամենայնիվ, դրա առկայությունը ապահովում է դեմոդուլյացիայի պարզ միջոց՝ օգտագործելով ծրարների հայտնաբերումը, ապահովելով հաճախականության և փուլային հղում՝ մոդուլյացիան կողային գոտիներից հանելու համար։ AM-ի վրա հիմնված որոշ մոդուլյացիայի համակարգերում հաղորդիչի ավելի ցածր հզորություն է պահանջվում կրիչի բաղադրիչի մասնակի կամ ամբողջական վերացման միջոցով, սակայն այդ ազդանշանների ընդունիչներն ավելի բարդ են, քանի որ դրանք պետք է ապահովեն կրիչի հաճախականության ճշգրիտ տեղեկանք ազդանշան (սովորաբար տեղափոխվում է միջանկյալ հաճախականության) զգալիորեն կրճատված «պիլոտային» կրիչից (կրճատված կրիչով փոխանցման տուփում կամ DSB-RC) դեմոդուլյացիայի գործընթացում օգտագործելու համար։ Նույնիսկ այն դեպքում, երբ կրիչը ամբողջությամբ վերացված է երկկողմանի ճնշված կրիչի փոխանցման դեպքում, կրիչի վերականգնումը հնարավոր է Costas փուլով փակված օղակի միջոցով։ Սա չի աշխատում միակողմանի ճնշված կրիչի փոխանցման համար (SSB-SC), ինչը հանգեցնում է բնորոշ «Դոնալդ Դակ» ձայնին նման ընդունիչներից, երբ մի փոքր անջատված է։ Միակողմանի AM-ը, այնուամենայնիվ, լայնորեն օգտագործվում է սիրողական ռադիոյով և այլ ձայնային հաղորդակցություններում, քանի որ այն ունի հզորության և թողունակության արդյունավետություն (ՌԴ թողունակությունը կիսով չափ կրճատելով ստանդարտ AM-ի համեմատ)։ Մյուս կողմից, միջին և կարճ ալիքների հեռարձակման դեպքում ստանդարտ AM-ը լրիվ կրիչով թույլ է տալիս ընդունել էժան ընդունիչներ։ Հեռարձակողը կլանում է էներգիայի հավելյալ ծախսը՝ պոտենցիալ լսարանը մեծապես մեծացնելու համար։

Լրացուցիչ գործառույթը, որը տրամադրվում է կրիչի կողմից ստանդարտ AM-ում, բայց որը կորցնում է միակողմանի կամ երկկողմանի ճնշված կրիչի փոխանցման մեջ, այն է, որ այն ապահովում է ամպլիտուդային հղում։ Ստացողի մեջ ձեռքի ավտոմատ կառավարումը (AGC) արձագանքում է կրիչին, որպեսզի վերարտադրվող ձայնային մակարդակը մնա սկզբնական մոդուլյացիայի ֆիքսված համամասնությամբ։ Մյուս կողմից, ճնշված կրիչի փոխանցումների դեպքում մոդուլյացիայի դադարների ժամանակ փոխանցվող հզորություն չկա, ուստի AGC-ն պետք է արձագանքի փոխանցվող հզորության գագաթներին մոդուլյացիայի գագաթնակետերի ժամանակ։ Սա սովորաբար ներառում է այսպես կոչված արագ հարձակման, դանդաղ քայքայման միացում, որը պահում է AGC մակարդակը մեկ վայրկյան կամ ավելի՝ նման գագաթներից հետո՝ ծրագրի վանկերի կամ կարճ դադարների միջև։ Սա շատ ընդունելի է կապի ռադիոների համար, որտեղ աուդիո սեղմումն օգնում է հասկանալիությանը։ Այնուամենայնիվ, դա բացարձակապես անցանկալի է երաժշտության կամ սովորական հեռարձակման համար, որտեղ ակնկալվում է բնօրինակ ծրագրի հավատարիմ վերարտադրություն, ներառյալ դրա մոդուլյացիայի տարբեր մակարդակները։

Ամպլիտուդային մոդուլյացիայի պարզ ձևը խոսքի ազդանշանների փոխանցումն է ավանդական անալոգային հեռախոսային սարքից՝ օգտագործելով ընդհանուր մարտկոցի տեղական օղակը։ Կենտրոնական գրասենյակի մարտկոցից տրամադրվող ուղղակի հոսանքը 0 Հց հաճախականությամբ կրիչ է, որը մոդուլացվում է հեռախոսի սարքի միկրոֆոնի (հաղորդիչի) միջոցով՝ ըստ բարձրախոսի բերանից ստացվող ձայնային ազդանշանի։ Արդյունքը տարբեր ամպլիտուդի ուղիղ հոսանքն է, որի AC բաղադրիչը կենտրոնական գրասենյակում արդյունահանվող խոսքի ազդանշանն է՝ մեկ այլ բաժանորդի փոխանցման համար։

Թվային ամպլիտուդի մոդուլյացիայի պարզ ձևը, որը կարող է օգտագործվել երկուական տվյալների փոխանցման համար, միացնել-անջատված ստեղնավորումն է, ամպլիտուդի հերթափոխի ստեղնավորման ամենապարզ ձևը, որում մեկերն ու զրոները ներկայացված են կրիչի առկայությամբ կամ բացակայությամբ։ Միացնել-անջատման ստեղնավորումը նույնպես օգտագործվում է ռադիոսիրողների կողմից Մորզեի կոդը փոխանցելու համար, որտեղ այն հայտնի է որպես շարունակական ալիքի (CW) գործողություն, չնայած որ փոխանցումը խիստ «շարունակական» չէ։ AM-ի ավելի բարդ ձև՝ քառակուսի ամպլիտուդի մոդուլյացիան, այժմ ավելի հաճախ օգտագործվում է թվային տվյալների հետ՝ միաժամանակ ավելի արդյունավետ օգտագործելով հասանելի թողունակությունը։

ITU դիզայններ

1982 թվականին Հեռահաղորդակցության միջազգային միությունը (ITU) սահմանեց ամպլիտուդային մոդուլյացիայի տեսակները.

Դիզայններ	Նկարագրություն
A3E	double-sideband a full-carrier - the basic amplitude modulation scheme
R3E	single-sideband reduced-carrier
H3E	single-sideband full-carrier
J3E	single-sideband suppressed-carrier
B8E	independent-sideband emission
C3F	vestigial-sideband
Lincompex	linked compressor and expander (a submode of any of the above ITU Emission Modes)

Պատմություն

Վաղ նախավակուումային խողովակային AM հաղորդիչներից մեկը, 1906 թվականի Telefunken աղեղային հաղորդիչ: Կրող ալիքը ստեղծվում է ուղղահայաց խողովակների 6 էլեկտրական աղեղների միջոցով, որոնք միացված են կարգավորված միացմանը: Մոդուլյացիան կատարվում է ածխածնային մեծ խոսափողի միջոցով (կոնի ձև) ալեհավաքի կապարի մեջ:

Առաջին վակուումային խողովակ AM ռադիոհաղորդիչներից մեկը, որը կառուցվել է Մայսների կողմից 1913 թվականին Ռոբերտ ֆոն Լիբենի վաղ տրիոդային խողովակով: Նա օգտագործեց այն պատմական 36 կմ (24 մղոն) ձայնային փոխանցման ժամանակ Բեռլինից Նաուեն, Գերմանիա: Համեմատեք դրա փոքր չափը վերը նշված հաղորդիչի հետ:

Չնայած AM-ն օգտագործվել է 1800-ականների վերջին մուլտիպլեքսային հեռագրային և հեռախոսային հաղորդման մի քանի կոպիտ փորձերի ժամանակ, ամպլիտուդի մոդուլյացիայի գործնական զարգացումը հոմանիշ է 1900-1920 թվականների միջև «ռադիոհեռախոսային» փոխանցման զարգացմանը, այսինքն՝ ձայն ուղարկելու ջանքերին ( աուդիո) ռադիոալիքներով։ Առաջին ռադիոհաղորդիչները, որոնք կոչվում են կայծային բացվածքի հաղորդիչներ, տեղեկատվություն էին փոխանցում անլար հեռագրով, օգտագործելով կրիչի ալիքի տարբեր երկարության իմպուլսներ՝ Մորզեի կոդով տեքստային հաղորդագրությունները գրելու համար։ Նրանք չէին կարող փոխանցել աուդիո, քանի որ կրիչը բաղկացած էր մարող ալիքների շղթաներից, ռադիոալիքների իմպուլսներից, որոնք զրոյի էին հասնում, որոնք հնչում էին որպես բզզոց ստացողների մեջ։ Արդյունքում դրանք արդեն ամպլիտուդային մոդուլացված էին։

Շարունակական ալիքներ

Առաջին AM փոխանցումը կատարվել է կանադացի հետազոտող Ռեգինալդ Ֆեսսենդենի կողմից 1900 թվականի դեկտեմբերի 23-ին, օգտագործելով կայծային բացվածքի հաղորդիչ՝ հատուկ նախագծված բարձր հաճախականությամբ 10 kHz ընդհատիչով, 1 մղոն (1,6 կմ) հեռավորության վրա Cobb Island, Մերիլենդ, ԱՄՆ։ Նրա առաջին փոխանցված խոսքերն էին. «Բարև, մեկ, երկու, երեք, չորս։ Այնտեղ ձյուն է գալիս, դու պարոն Թիսսե՞ն ես»։ Բառերը հազիվ էին հասկանալի կայծի ֆոնային բզզոցից վեր։

Ֆեսենդենը նշանակալից գործիչ էր AM ռադիոյի զարգացման գործում։ Նա առաջին հետազոտողներից էր, ով վերը նշված փորձերից հասկացավ, որ ռադիոալիքների արտադրության գոյություն ունեցող տեխնոլոգիան՝ կայծային հաղորդիչը, պիտանի չէ ամպլիտուդի մոդուլյացիայի համար, և որ հաղորդիչի նոր տեսակը, որն արտադրում է սինուսոիդային շարունակական ալիքներանհրաժեշտ էր։ Դա այն ժամանակ արմատական գաղափար էր, քանի որ փորձագետները կարծում էին, որ իմպուլսիվ կայծն անհրաժեշտ էր ռադիոհաճախականության ալիքներ արտադրելու համար, և Ֆեսենդենը ծաղրի էր ենթարկվում։ Նա հորինեց և օգնեց զարգացնել առաջին շարունակական ալիքի հաղորդիչներից մեկը՝ Ալեքսանդրսոնի փոփոխիչը, որով նա արեց այն, ինչը համարվում է առաջին AM հանրային զվարճանքի հեռարձակումը 1906 թվականի Սուրբ Ծննդյան նախօրեին։ Նա նաև բացահայտեց այն սկզբունքը, որի վրա հիմնված է AM-ը, հետերոդինացումը և 1902 թվականին հորինել է AM ուղղելու և ընդունելու ունակ առաջին դետեկտորներից մեկը՝ էլեկտրոլիտիկ դետեկտորը կամ «հեղուկի բարետը»։ Այլ ռադիոդետեկտորներ, որոնք հայտնագործվել են անլար հեռագրության համար, ինչպիսիք են Ֆլեմինգ փականը (1904) և բյուրեղյա դետեկտորը (1906 թ.) նույնպես ապացուցել են, որ ի վիճակի է շտկել AM ազդանշանները, ուստի տեխնոլոգիական խոչընդոտը AM ալիքներ էր առաջացնում. դրանք ստանալը խնդիր չէր։

Վաղ տեխնոլոգիաներ

Ֆեսսենդենի, Վալդեմար Պոուլսենի, Էռնստ Ռումերի, Կվիրինո Մայորանանի, Չարլզ Հերոլդի և Լի դե Ֆորեստի կողմից իրականացված AM ռադիոհաղորդման վաղ փորձերը խոչընդոտվեցին ուժեղարարի տեխնոլոգիայի բացակայության պատճառով։ Առաջին գործնական շարունակական ալիքի AM հաղորդիչները հիմնված էին կա՛մ հսկայական, թանկարժեք Alexanderson փոփոխիչի վրա, որը մշակվել էր 1906-1910 թվականներին, կա՛մ Poulsen աղեղային հաղորդիչի (աղեղային փոխարկիչի) տարբերակների վրա, որոնք հայտնագործվել են 1903 թվականին։ AM-ի փոխանցման համար անհրաժեշտ փոփոխությունները անշնորհք էին և հանգեցրին շատ ցածր որակի աուդիոյի։ Մոդուլյացիան սովորաբար իրականացվում էր ածխածնային խոսափողի միջոցով, որը տեղադրված էր անմիջապես ալեհավաքի կամ հողային մետաղալարի մեջ; նրա տարբեր դիմադրությունը փոփոխում էր ալեհավաքի հոսանքը։ Միկրոֆոնի սահմանափակ էներգիայի հետ աշխատելու ունակությունը խիստ սահմանափակեց առաջին ռադիոհեռախոսների հզորությունը. խոսափողներից շատերը ջրային սառեցված էին։

Վակուումային խողովակներ

1912 թվականին Լի դը Ֆորեսթի կողմից հայտնագործված Audion խողովակի ուժեղացման կարողության բացահայտումը լուծեց այս խնդիրները։ Վակուումային խողովակի հետադարձ կապի տատանիչը, որը հայտնագործվել է 1912 թվականին Էդվին Արմսթրոնգի և Ալեքսանդր Մայսների կողմից, շարունակական ալիքների էժան աղբյուր էր և կարող էր հեշտությամբ մոդուլացվել՝ ստեղծելով AM հաղորդիչ։ Մոդուլյացիան չպետք է կատարվեր ելքի վրա, բայց կարող էր կիրառվել ազդանշանի վրա մինչև վերջնական ուժեղացուցիչի խողովակը, այնպես որ խոսափողը կամ այլ աուդիո աղբյուրը ստիպված չէր մոդուլավորել բարձր հզորության ռադիո ազդանշանը։ Պատերազմի ժամանակի հետազոտությունները մեծապես զարգացրեցին AM մոդուլյացիայի արվեստը, և պատերազմից հետո էժան խողովակների առկայությունը մեծ աճ առաջացրեց ռադիոկայանների թվի մեջ, որոնք փորձարկում էին AM լուրերի կամ երաժշտության փոխանցումը։ Վակուումային խողովակը պատասխանատու էր մոտ 1920 թվականին AM հեռարձակման վերելքի համար՝ առաջին էլեկտրոնային զանգվածային հաղորդակցման միջոցը։ Ամպլիտուդային մոդուլյացիան գործնականում միակ տեսակն էր, որն օգտագործվում էր ռադիոհեռարձակման համար մինչև FM հեռարձակումը Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո։

Միևնույն ժամանակ, երբ սկսվեց AM ռադիոն, հեռախոսային ընկերությունները, ինչպիսին է AT&T-ն, մշակում էին AM-ի մյուս խոշոր հավելվածը՝ ուղարկելով բազմաթիվ հեռախոսազանգեր մեկ լարով` դրանք մոդուլավորելով առանձին կրիչի հաճախականությունների վրա, որը կոչվում է հաճախականության բաժանման մուլտիպլեքսավորում։

Single-sideband

Ջոն Ռենշո Քարսոնը 1915 թվականին կատարեց ամպլիտուդային մոդուլյացիայի առաջին մաթեմատիկական վերլուծությունը՝ ցույց տալով, որ ոչ գծային սարքում միավորված ազդանշանի և կրիչի հաճախականությունը երկու կողային գոտի կստեղծի կրիչի հաճախականության երկու կողմերում, և մոդուլացված ազդանշանը մեկ այլ ոչ գծային սարքի միջով անցնելը կհանի բնօրինակ բազային ժապավենի ազդանշան։ Նրա վերլուծությունը նաև ցույց տվեց, որ ձայնային ազդանշանը փոխանցելու համար անհրաժեշտ էր միայն մեկ կողային գոտի, և Կարսոնը արտոնագրեց միակողմանի մոդուլյացիան (SSB) 1915 թվականի դեկտեմբերի 1-ին։ Ամպլիտուդային մոդուլյացիայի այս ավելի առաջադեմ տարբերակը ընդունվեց AT&T-ի կողմից երկարալիք անդրատլանտյան հեռախոսային ծառայության համար՝ սկսած 1927 թվականի հունվարի 7-ից։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո այն մշակվել է զինվորականների կողմից օդանավերի հաղորդակցության համար։

Հետազոտություն

Ամպլիտուդային մոդուլյացիայի պատկեր

fc հաճախականության կրող ալիքը (սինուսային ալիքը) և A ամպլիտուդն արտահայտվում է

$c(t)=A\sin(2\pi f_{c}t)\,$.

Հաղորդագրության ազդանշանը, ինչպիսին է աուդիո ազդանշանը, որն օգտագործվում է կրիչի մոդուլավորման համար, m(t) է և ունի fm հաճախություն, որը շատ ավելի ցածր է, քան fc։

$m(t)=M\cos \left(2\pi f_{m}t+\phi \right)=Am\cos \left(2\pi f_{m}t+\phi \right)\,$,

որտեղ m-ը ամպլիտուդային զգայունությունն է, M-ը մոդուլյացիայի ամպլիտուդն է։ Եթե m < 1, (1 + m(t)/A) միշտ դրական է թերմոդուլյացիայի համար։ Եթե m > 1, ապա տեղի է ունենում գերմոդուլյացիա, և փոխանցված ազդանշանից հաղորդագրության ազդանշանի վերակառուցումը կհանգեցնի սկզբնական ազդանշանի կորստի։ Ամպլիտուդային մոդուլյացիան ստացվում է, երբ c(t) կրիչը բազմապատկվում է դրական մեծությամբ (1 + m(t)/A)։

${\begin{aligned}y(t)&=\left[1+{\frac {m(t)}{A}}\right]c(t)\\&=\left[1+m\cos \left(2\pi f_{m}t+\phi \right)\right]A\sin \left(2\pi f_{c}t\right)\end{aligned}}$

Այս պարզ դեպքում m-ը նույնական է ստորև քննարկված մոդուլյացիայի ինդեքսին։ m = 0.5-ի դեպքում ամպլիտուդի մոդուլացված ազդանշանը y(t) համապատասխանում է վերին գրաֆիկին (մականշված է «50% մոդուլացիա») նկար 4-ում։

Օգտագործելով պրոստաֆերեզի նույնականացումները, y(t), ը կարելի է ցույց տալ, որ երեք սինուսային ալիքների գումարն է.

$y(t)=A\sin(2\pi f_{c}t)+{\frac {1}{2}}Am\left[\sin \left(2\pi \left[f_{c}+f_{m}\right]t+\phi \right)+\sin \left(2\pi \left[f_{c}-f_{m}\right]t-\phi \right)\right].\,$

Հետևաբար, մոդուլացված ազդանշանն ունի երեք բաղադրիչ՝ կրող ալիքը c(t), որն անփոփոխ է իր հաճախությամբ, և երկու կողային ժապավեններ, որոնց հաճախությունը փոքր-ինչ բարձր և ցածր է կրիչի հաճախությունից fc։

Սպեկտրում

Նկար 2: Բազային ժապավենի և AM ազդանշանների երկկողմանի սպեկտրներ:

Օգտակար մոդուլյացիայի ազդանշանը m(t) սովորաբար ավելի բարդ է, քան մեկ սինուսային ալիքը, ինչպես վերը նշված է։ Այնուամենայնիվ, Ֆուրիեի տարրալուծման սկզբունքով m(t), ը կարող է արտահայտվել որպես տարբեր հաճախությունների, ամպլիտուդների և փուլերի սինուսային ալիքների բազմության գումար։ 1 + m(t), ի բազմապատկումը c(t), ով, ինչպես վերևում, արդյունքը բաղկացած է սինուսային ալիքների գումարից։ Կրկին c(t) կրիչը ներկա է անփոփոխ, բայց m-ի յուրաքանչյուր հաճախության բաղադրիչ fi-ում ունի երկու կողային գոտի fc + fi և fc - fi հաճախություններում։ Նախկին հաճախությունների հավաքածուն կրիչի հաճախության վերևում հայտնի է որպես վերին կողային գոտի, իսկ ներքևում գտնվողները կազմում են ստորին կողային գոտին։ Մոդուլյացիան m(t) կարելի է համարել, որ բաղկացած է դրական և բացասական հաճախության բաղադրիչների հավասար խառնուրդից, ինչպես ցույց է տրված նկար 2-ի վերևում։ Կարելի է դիտարկել կողային գոտիները որպես մոդուլյացիայի m(t) ուղղակի հաճախության փոփոխություն fc, ինչպես պատկերված է նկար 2-ի ներքևի աջ մասում։

Նկար 3։ AM ձայնային հեռարձակման սպեկտրոգրամը ցույց է տալիս կրիչի երկու կողմերում գտնվող երկու կողային գոտիները (կանաչ) (կարմիր) ժամանակի ընթացքում ուղղահայաց ուղղությամբ։

Մոդուլյացիայի կարճաժամկետ սպեկտրը, փոխելով, ինչպես, օրինակ, մարդկային ձայնի դեպքում, հաճախության պարունակությունը (հորիզոնական առանցքը) կարող է գծագրվել որպես ժամանակի (ուղղահայաց առանցք) ֆունկցիա, ինչպես նկար 3-ում։ Կրկին կարելի է տեսնել, որ Քանի որ մոդուլյացիայի հաճախության բովանդակությունը տատանվում է, վերին կողային գոտին ստեղծվում է ըստ այն հաճախությունների, որոնք տեղափոխվում են կրիչի հաճախությունից վերև, և նույն բովանդակությունը հայելային պատկերված է ստորին կողային գոտում՝ կրիչի հաճախությունից ցածր։ Բոլոր ժամանակներում կրիչն ինքնին մնում է հաստատուն և ունի ավելի մեծ հզորություն, քան ընդհանուր կողային հզորությունը։

Հզորության և սպեկտրումի արդյունավետությունը

AM հաղորդման ՌԴ թողունակությունը (տես նկար 2-ը, բայց միայն դրական հաճախականությունները հաշվի առնելով) երկու անգամ մեծ է մոդուլացնող (կամ «բազային գոտի») ազդանշանի թողունակությունից, քանի որ կրիչի հաճախականության շուրջ վերին և ստորին կողային գոտիները յուրաքանչյուրն ունեն նույնքան լայն թողունակություն։ որպես ամենաբարձր մոդուլացնող հաճախականություն։ Թեև AM ազդանշանի թողունակությունը ավելի նեղ է, քան հաճախականության մոդուլյացիան (FM), այն երկու անգամ ավելի լայն է, քան միակողմանի տեխնոլոգիաները. Այսպիսով, այն կարող է դիտվել որպես սպեկտրալ առումով անարդյունավետ։ Այդպիսով, հաճախականության գոտում կարող են տեղավորվել միայն կիսով չափ փոխանցումներ (կամ «ալիքներ»)։ Այդ իսկ պատճառով անալոգային հեռուստատեսությունը օգտագործում է միակողմանի կողային ժապավենի տարբերակ (հայտնի է որպես մնացորդային կողային ժապավեն, որը որոշակիորեն փոխզիջում է թողունակության առումով), որպեսզի կրճատի ալիքների պահանջվող տարածությունը։

Ստանդարտ AM-ի նկատմամբ մեկ այլ բարելավում ձեռք է բերվում մոդուլացված սպեկտրի կրող բաղադրիչի կրճատման կամ ճնշման միջոցով։ Նկար 2-ում սա կողային ժապավենների միջև ընկած գագաթն է. նույնիսկ ամբողջական (100%) սինուսային ալիքի մոդուլյացիայի դեպքում, կրիչի բաղադրիչի հզորությունը կրկնակի է, քան կողային գոտիներում, սակայն այն չունի յուրահատուկ տեղեկատվություն։ Այսպիսով, արդյունավետության մեջ մեծ առավելություն կա կրիչը նվազեցնելու կամ ամբողջությամբ ճնշելու հարցում՝ զուգակցված մեկ կողային ժապավենի վերացման հետ (միակողմանի ճնշված կրիչի փոխանցում) կամ երկու կողային ժապավենների մնացմամբ (կրկնակի կողային ժապավենի ճնշված կրիչ)։ Թեև այս ճնշված կրիչի փոխանցումներն արդյունավետ են հաղորդիչի հզորության առումով, դրանք պահանջում են ավելի բարդ ընդունիչներ, որոնք օգտագործում են կրիչի հաճախության համաժամանակյա հայտնաբերում և վերականգնում։ Այդ իսկ պատճառով ստանդարտ AM-ը շարունակում է լայնորեն կիրառվել, հատկապես հեռարձակման հաղորդման մեջ, որպեսզի թույլատրվի օգտագործել ծրարների հայտնաբերում օգտագործող էժան ընդունիչներ։ Նույնիսկ (անալոգային) հեռուստացույցը, (հիմնականում) ճնշված ստորին կողային ժապավենով, ներառում է բավարար կրիչի հզորություն՝ ծրարի հայտնաբերման համար։ Բայց կապի համակարգերի համար, որտեղ և՛ հաղորդիչները, և՛ ստացողները կարող են օպտիմիզացվել, և՛ մեկ կողային ժապավենի, և՛ կրիչի ճնշումը զուտ առավելություն է և հաճախ օգտագործվում է։

Հեռարձակվող AM հաղորդիչների մեջ լայնորեն կիրառվող տեխնիկան Հապբուրգի կրիչի կիրառումն է, որն առաջին անգամ առաջարկվել է 1930-ականներին, բայց այն ժամանակ հասանելի տեխնոլոգիայի հետ ոչ գործնական։ Ցածր մոդուլյացիայի ժամանակաշրջաններում կրիչի հզորությունը կկրճատվեր և կվերադառնար լրիվ հզորության բարձր մոդուլյացիայի ժամանակաշրջաններում։ Սա նվազեցնում է հաղորդիչի ընդհանուր էներգիայի պահանջարկը և ամենաարդյունավետն է խոսքի տիպի ծրագրերի վրա։ 80-ականների վերջից սկսած հաղորդիչ արտադրողների կողմից դրա իրականացման համար օգտագործվում են տարբեր ֆիրմային անվանումներ։

Մոդուլյացիայի ինդեքս

AM մոդուլյացիայի ինդեքսը չափում է, որը հիմնված է ՌԴ ազդանշանի մոդուլյացիայի էքսկուրսիաների և չմոդուլացված կրիչի մակարդակի հարաբերակցության վրա։ Այսպիսով, այն սահմանվում է որպես.

$m={\frac {\mathrm {peak\ value\ of\ } m(t)}{A}}={\frac {M}{A}}$

որտեղ $M\,$ և $A\,$ համապատասխանաբար մոդուլյացիայի ամպլիտուդն է և կրիչի ամպլիտուդը. մոդուլյացիայի ամպլիտուդը ՌԴ ամպլիտուդի գագաթնակետն է (դրական կամ բացասական) իր չմոդուլացված արժեքից։ Մոդուլյացիայի ինդեքսը սովորաբար արտահայտվում է որպես տոկոս և կարող է ցուցադրվել AM հաղորդիչին միացված հաշվիչի վրա։

Այսպիսով, եթե m=0.5, կրիչի ամպլիտուդը տատանվում է 50%-ով իր չմոդուլացված մակարդակից բարձր (և ցածր), ինչպես ցույց է տրված ներքևում գտնվող առաջին ալիքի ձևում։ Համար m=1.0, այն տատանվում է 100%-ով, ինչպես ցույց է տրված ստորև ներկայացված նկարում։ 100% մոդուլյացիայի դեպքում ալիքի ամպլիտուդը երբեմն հասնում է զրոյի, և սա ներկայացնում է ստանդարտ AM-ի օգտագործմամբ լրիվ մոդուլյացիան և հաճախ թիրախ է (ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը հնարավոր առավելագույնը ստանալու համար), բայց չպետք է գերազանցի։ Այդ կետից դուրս մոդուլացնող ազդանշանի ավելացումը, որը հայտնի է որպես գերմոդուլացիա, հանգեցնում է ստանդարտ AM մոդուլյատորի (տես ստորև) ձախողմանը, քանի որ ալիքի ծածկույթի բացասական էքսկուրսիաները չեն կարող զրոյից պակաս լինել, ինչը հանգեցնում է ստացված մոդուլյացիայի աղավաղմանը («կտրում»)։ . Հաղորդիչները սովորաբար ներառում են սահմանափակիչ միացում՝ գերմոդուլյացիայից խուսափելու համար, և/կամ կոմպրեսորային միացում (հատկապես ձայնային հաղորդակցության համար), որպեսզի դեռ մոտենան 100% մոդուլյացիայի՝ աղմուկից բարձր առավելագույն ըմբռնելիության համար։ Նման սխեմաները երբեմն կոչվում են վոգադ։

Այնուամենայնիվ, կարելի է խոսել 100%-ը գերազանցող մոդուլյացիայի ինդեքսի մասին՝ առանց խեղաթյուրման ներմուծման, միայն կրկնակի շերտով կրճատված կրիչի փոխանցման դեպքում։ Այդ դեպքում զրոյից այն կողմ բացասական էքսկուրսիաները հանգեցնում են կրիչի փուլի շրջադարձի, ինչպես ցույց է տրված ստորև ներկայացված երրորդ ալիքի ձևում։ Սա չի կարող արտադրվել՝ օգտագործելով բարձր մակարդակի (ելքային փուլ) մոդուլյացիայի արդյունավետ մեթոդները (տես ստորև), որոնք լայնորեն կիրառվում են հատկապես բարձր հզորությամբ հեռարձակման հաղորդիչների մեջ։ Ավելի շուտ, հատուկ մոդուլյատորը նման ալիքի ձև է արտադրում ցածր մակարդակում, որին հաջորդում է գծային ուժեղարարը։ Ավելին, ծրարային դետեկտոր օգտագործող ստանդարտ AM ընդունիչն ի վիճակի չէ պատշաճ կերպով դեմոդուլացնել նման ազդանշանը։ Ավելի շուտ, պահանջվում է համաժամանակյա հայտնաբերում։ Այսպիսով, երկկողմանի փոխանցումը սովորաբար չի նշվում որպես «AM», չնայած այն առաջացնում է նույնական ՌԴ ալիքի ձև, ինչպես ստանդարտ AM-ն, քանի դեռ մոդուլյացիայի ինդեքսը 100%-ից ցածր է։ Նման համակարգերը ավելի հաճախ փորձում են արմատական իջեցնել կրիչի մակարդակը, համեմատած կողային գոտիների հետ (որտեղ առկա է օգտակար տեղեկատվություն) մինչև կրկնակի կողային ժապավենի ճնշված կրիչի փոխանցման կետը, որտեղ կրիչը (իդեալական) զրոյի է հասցվում։ Բոլոր նման դեպքերում «մոդուլյացիայի ինդեքս» տերմինը կորցնում է իր արժեքը, քանի որ այն վերաբերում է մոդուլյացիայի ամպլիտուդի հարաբերակցությանը բավականին փոքր (կամ զրոյական) մնացած կրիչի ամպլիտուդին։

Նկար 4։ Մոդուլյացիայի խորություն. Դիագրամում չմոդուլացված կրիչն ունի 1 ամպլիտուդ։

Մոդոլյացիայի մեթոդները

Անոդ (թիթեղյա) մոդուլյացիա. Tetrode-ի ափսեի և էկրանի ցանցի լարումը մոդուլացվում է աուդիո տրանսֆորմատորի միջոցով: R1 ռեզիստորը սահմանում է ցանցի կողմնակալությունը; ինչպես մուտքը, այնպես էլ ելքը կարգավորված սխեմաներ են ինդուկտիվ միացումով:

Մոդուլյացիայի սխեմաների դիզայնները կարող են դասակարգվել որպես ցածր կամ բարձր մակարդակի (կախված նրանից, թե դրանք մոդուլացվում են ցածր էներգիայի տիրույթում, որին հաջորդում է հաղորդման ուժեղացումը, թե փոխանցվող ազդանշանի բարձր հզորության տիրույթում)։

Ցածր մակարդակի սերունդ

AM may also be generated at a low level, using analog methods described in the next section.

Ժամանակակից ռադիոհամակարգերում մոդուլացված ազդանշանները ստեղծվում են թվային ազդանշանի մշակման (DSP) միջոցով։ DSP-ով AM-ի շատ տեսակներ հնարավոր են ծրագրային կառավարման միջոցով (ներառյալ DSB կրիչով, SSB ճնշված կրիչով և անկախ կողային ժապավենով կամ ISB)։ Հաշվարկված թվային նմուշները փոխակերպվում են լարման թվային-անալոգ փոխարկիչով, սովորաբար RF-ի ելքային հաճախականությունից պակաս հաճախականությամբ։ Անալոգային ազդանշանն այնուհետև պետք է տեղափոխվի հաճախականությամբ և գծային ուժեղացվի ցանկալի հաճախականության և հզորության մակարդակի (գծային ուժեղացում պետք է օգտագործվի մոդուլյացիայի աղավաղումը կանխելու համար)։Այս ցածր մակարդակի մեթոդը AM-ի համար օգտագործվում է շատ սիրողական ռադիոհաղորդիչներում։

AM-ը կարող է ստեղծվել նաև ցածր մակարդակում՝ օգտագործելով հաջորդ բաժնում նկարագրված անալոգային մեթոդները։

Բարձր մակարդակի սերունդ

Բարձր հզորության AM հաղորդիչները (օրինակ՝ AM հեռարձակման համար օգտագործվողները) հիմնված են բարձր արդյունավետության D և E դասի ուժային ուժեղարարների աստիճանների վրա, որոնք մոդուլավորվում են մատակարարման լարման փոփոխությամբ։

Ավելի հին նմուշները (հեռարձակման և սիրողական ռադիոյի համար) նաև առաջացնում են AM՝ վերահսկելով հաղորդիչի վերջնական ուժեղացուցիչի հզորությունը (ընդհանուր առմամբ՝ C դասի, արդյունավետության համար)։ Հետևյալ տեսակները նախատեսված են վակուումային խողովակի հաղորդիչների համար (բայց նմանատիպ տարբերակները հասանելի են տրանզիստորների դեպքում)։

Թիթեղային մոդուլյացիա։ Թիթեղային մոդուլյացիայի ժամանակ ՌԴ ուժեղացուցիչի թիթեղային լարումը մոդուլացվում է աուդիո ազդանշանով։ Աուդիո էներգիայի պահանջը ՌԴ-ի կրիչի հզորության 50 տոկոսն է։

Հեյսինգ (հաստատուն հոսանք) մոդուլյացիա։ՌԴ ուժեղարարի թիթեղի լարումը սնվում է choke-ի միջոցով (բարձրարժեք ինդուկտոր)։ AM մոդուլյացիայի խողովակի թիթեղը սնվում է նույն ինդուկտորով, ուստի մոդուլյատորի խողովակը շեղում է հոսանքը ՌԴ ուժեղարարից։ choke-ը գործում է որպես մշտական հոսանքի աղբյուր աուդիո տիրույթում։ Այս համակարգն ունի ցածր էներգիայի արդյունավետություն։

Վերահսկիչ ցանցի մոդուլյացիա։ Վերջնական ՌԴ ուժեղացուցիչի գործառնական կողմնակալությունը և շահույթը կարող են վերահսկվել կառավարման ցանցի լարման փոփոխությամբ։ Այս մեթոդը պահանջում է ձայնի քիչ հզորություն, սակայն պետք է ուշադրություն դարձնել աղավաղումը նվազեցնելու համար։

Ամրեցնող խողովակ (screen grid) մոդուլյացիա։ Էկրանի ցանցի շեղումը կարող է վերահսկվել սեղմիչ խողովակի միջոցով, որը նվազեցնում է լարումը ըստ մոդուլյացիայի ազդանշանի։ Այս համակարգով դժվար է մոտենալ 100 տոկոս մոդուլյացիայի՝ պահպանելով ցածր աղավաղումը։

Doherty մոդուլյացիա։ Մի խողովակն ապահովում է էներգիան կրիչի պայմաններում, իսկ մյուսը գործում է միայն դրական մոդուլյացիայի գագաթների համար։ Ընդհանուր արդյունավետությունը լավ է, իսկ աղավաղումը ցածր է։

Արտափուլային մոդուլյացիա։ Զուգահեռաբար աշխատում են երկու խողովակներ, բայց մասամբ իրարից դուրս։ Քանի որ դրանք տարբերվում են փուլային մոդուլյացիայից, դրանց համակցված ամպլիտուդն ավելի կամ փոքր է։ Արդյունավետությունը լավ է, իսկ աղավաղումը ցածր է, երբ ճիշտ կարգավորվում է։

Pulse-width մոդուլյացիա (PWM) կամ pulse-duration մոդուլյացիա (PDM)։Խողովակե թիթեղի վրա կիրառվում է բարձր լարման էլեկտրամատակարարում։ Այս մատակարարման ելքային լարումը փոփոխվում է աուդիո արագությամբ՝ ծրագրին հետևելու համար։ Այս համակարգը ստեղծվել է Հիլմեր Սվանսոնի կողմից և ունի մի շարք տարբեր ձևեր, որոնցից բոլորը հասնում են բարձր արդյունավետության և ձայնի որակի։

Թվային մեթոդներ։<<Հարիս>> կորպորացիան արտոնագիր ստացավ մոդուլացված բարձր էներգիայի կրիչի ալիքը սինթեզելու համար թվային ընտրված ցածր էներգիայի ուժեղացուցիչների մի շարքից, որոնք աշխատում են փուլային նույն կրիչի հաճախականությամբ։ Մուտքային ազդանշանը նմուշառվում է սովորական աուդիո անալոգ-թվային փոխարկիչով (ADC) և սնվում է թվային գրգռիչին, որը մոդուլավորում է հաղորդիչի ընդհանուր ելքային հզորությունը՝ միացնելով և անջատելով ցածր էներգիայի պինդ վիճակի ՌԴ ուժեղացուցիչների շարքը։ Համակցված ելքը մղում է ալեհավաքային համակարգը։

Դեմոդուլյացիայի մեթոդներ

AM դեմոդուլյատորի ամենապարզ ձևը բաղկացած է դիոդից, որը կազմված է որպես ծրարային դետեկտոր։ Մեկ այլ տեսակի դեմոդուլյատոր՝ արտադրանքի դետեկտորը, կարող է ապահովել ավելի որակյալ դեմոդուլյացիա՝ լրացուցիչ շղթայի բարդությամբ։

Տես նաև

• AM stereo
• Shortwave radio
• Amplitude modulation signalling system (AMSS)
• Modulation sphere
• Types of radio emissions
• Airband
• DSB-SC

Աղբյուրներ

• Newkirk, David and Karlquist, Rick (2004). Mixers, modulators and demodulators. In D. G. Reed (ed.), The ARRL Handbook for Radio Communications (81st ed.), pp. 15.1–15.36. Newington։ ARRL. 0-87259-196-4.

Արտաքին հղումներ

• Amplitude Modulation by Jakub Serych, Wolfram Demonstrations Project.
• Amplitude Modulation, by S Sastry.
• Amplitude Modulation, an introduction by Federation of American Scientists.
• Amplitude Modulation tutorial including related topics of modulators, demodulators, etc...
• Analog Modulation online interactive demonstration using Python in Google Colab Platform, by C Foh.